(57)【要約】【課題】  排気ガスの一部が導かれる吸気通路の上流側にこの吸気通路を開閉する吸気制御弁を設けた場合、ＥＧＲ量を正しく制御することができない。【解決手段】  吸気弁２５の開閉タイミングに応じて吸気通路１４を開閉する吸気制御弁３１と、排気ガスの一部を吸気弁２５と吸気制御弁３１との間の吸気通路１４内に導くＥＧＲ通路１８と、このＥＧＲ通路１８を開閉するＥＧＲ制御弁２０と、ＥＧＲ量をエンジン１０の運転状態に基づいて設定するＥＧＲ量設定部４６を有し、吸気制御弁３１およびＥＧＲ制御弁２０の開閉動作をそれぞれ制御する制御手段２１とを具えた本発明によるＥＧＲ制御装置は、燃焼室１２内の圧力を検出する筒内圧センサ３７と、排気通路１３内の圧力を検出する排気圧センサ４２とをさらに具え、制御手段２１は燃焼室１２内と排気通路１３内との差圧に基づき、設定ＥＧＲ量が得られるような吸気制御弁３１の開弁時期を設定する開弁時期設定部４７を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられ、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、
この吸気制御弁と前記吸気弁との間の吸気通路に連通し、排気ガスの一部を吸気通路内に導くＥＧＲ通路と、
このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ制御弁と、
このＥＧＲ制御弁および前記吸気制御弁の開閉動作をそれぞれ制御する制御手段と
を具え、前記制御手段がエンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定するＥＧＲ量設定部を有するＥＧＲ制御装置であって、
前記燃焼室内の圧力を導出する筒内圧導出手段と、
排気通路内の圧力を導出する排気圧導出手段と
をさらに具え、前記制御手段は、導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づき、設定されたＥＧＲ量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部をさらに有することを特徴とするＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
前記排気弁の閉弁前に前記吸気弁が開弁するように、これら吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構をさらに具え、前記吸気制御弁の閉弁時期が前記吸気弁の閉弁時期よりも遅く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
排気ガス中に占める酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段をさらに具え、前記制御手段は、前記開弁時期設定部にて設定された前記吸気制御弁の開弁時期をこの酸素濃度検出手段からの検出信号に応じて補正する開弁時期補正手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設け、排気ガスの一部をこの吸気制御弁と前記吸気弁との間の吸気通路に連通するＥＧＲ通路からＥＧＲ制御弁を介して吸気通路内に導くＥＧＲ制御方法であって、
エンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定するステップと、
前記燃焼室内の圧力と前記排気通路内の圧力との差圧を導出するステップと、
設定されたＥＧＲ量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づいて設定するステップと
を具えたことを特徴とするＥＧＲ制御方法。
【請求項５】
前記排気弁の閉弁前に前記吸気弁が開弁するように、前記吸気弁の開弁直後まで前記排気弁の閉弁時期を遅らせるステップと、
前記吸気制御弁を前記吸気弁の閉弁時期よりも遅く閉弁させるステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載のＥＧＲ制御方法。
【請求項６】
燃焼室内に残留するガス量の減少に応じて前記吸気制御弁の開弁期間を遅くするステップをさらに具えたことを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉し得る吸気制御弁を吸気通路に設けた内燃機関におけるＥＧＲ制御装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路内を流れる排気ガスの一部を吸気通路から燃焼室内に戻し、燃焼温度を低下させることにより排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させるようにした排気ガス還流（以下、ＥＧＲと記述する）装置が知られている。ＥＧＲ装置においては、両端が吸気通路と排気通路とに連通するＥＧＲ通路の途中にこのＥＧＲ通路を開閉し得るＥＧＲ制御弁を介装し、所定の運転領域にて排気ガスを吸気通路側へ還流させるようにしているが、ＥＧＲ量は吸気通路側の圧力と排気通路側の圧力との差圧に応じて自ずと決まる。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９１２６６号公報
【特許文献２】特公平６−６３４５３号公報
【特許文献３】特開２０００−２４８９４６号公報
【特許文献４】特開平１０−２５２５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、制御遅れのない吸気の過給方法として、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉し得る吸気制御弁を吸気通路に組み込んだものが提案されている。これは、吸気弁を開弁した後に吸気制御弁を開弁させることにより、吸気弁を開弁してから吸気制御弁が開弁するまでの間、燃焼室内を負圧状態に保持し、吸気制御弁の開弁直後に多量の空気を燃焼室内に衝撃的に吸い込ませるようにしたものである。
【０００５】
ＥＧＲ装置を組み込んだ内燃機関に上述の如き吸気制御弁を設けた場合、ＥＧＲ制御弁の開度が一定であっても、吸気行程の初期にて吸気制御弁が閉弁状態にあるため、燃焼室内の圧力が急激に低下してＥＧＲ量が増大してしまい、適切な燃焼を実現することが困難となる。
【０００６】
さらに、吸気弁および排気弁の開閉時期を変更し得る可変動弁機構を組み込んだものでは、上述した吸気制御弁の開閉動作に伴い、吸排気弁のオーバーラップによって燃焼室内に残留するガス量が変化する可能性がある。このため、吸排気弁をオーバーラップさせる場合にはＥＧＲ通路から導かれるＥＧＲ量を変更する必要があるが、従来のＥＧＲ制御装置は、これに関して考慮したものはない。
【０００７】
本発明の目的は、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉し得る吸気制御弁を吸気通路に組み込んだエンジンにおいて、より正確なＥＧＲ量を設定し得るＥＧＲ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態は、吸気通路に設けられ、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、この吸気制御弁と前記吸気弁との間の吸気通路に連通し、排気ガスの一部を吸気通路内に導くＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ制御弁と、このＥＧＲ制御弁および前記吸気制御弁の開閉動作をそれぞれ制御する制御手段とを具え、前記制御手段がエンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定するＥＧＲ量設定部を有するＥＧＲ制御装置であって、前記燃焼室内の圧力を導出する筒内圧導出手段と、排気通路内の圧力を導出する排気圧導出手段とをさらに具え、前記制御手段は、導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づき、設定されたＥＧＲ量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部をさらに有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、制御手段のＥＧＲ量設定部がエンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定する。また、この制御手段は、筒内圧導出手段によって導出された燃焼室内圧と、排気圧導出手段によって導出された排気通路内圧との差圧に応じて燃焼室内に導かれる排気ガスが、ＥＧＲ量設定部によって設定されたＥＧＲ量となるように、吸気制御弁の開弁時期を開弁時期設定部にて設定する。
【００１０】
本発明の第１の形態によるＥＧＲ制御装置において、エンジンの運転状態が排気ガスの一部を吸気通路内に導くＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する判定手段をさらに具え、制御手段は、この判定手段による判定結果に基づいてＥＧＲ制御弁の開閉動作を制御するものであってよい。
【００１１】
排気弁の閉弁前に吸気弁が開弁するように、これら吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構をさらに具え、吸気制御弁の閉弁時期を吸気弁の閉弁時期よりも遅く設定することが好ましい。この場合、排気ガス中に占める酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段をさらに具え、制御手段は、開弁時期設定部にて設定された吸気制御弁の開弁時期をこの酸素濃度検出手段からの検出信号に応じて補正する開弁時期補正手段をさらに有するものであってよい。この酸素濃度検出手段としては、Ｏ２センサまたは空燃比センサなどを利用することができる。
【００１２】
本発明の第２の形態は、吸気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁を吸気通路に設け、排気ガスの一部をこの吸気制御弁と前記吸気弁との間の吸気通路に連通するＥＧＲ通路からＥＧＲ制御弁を介して吸気通路内に導くＥＧＲ制御方法であって、エンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定するステップと、前記燃焼室内の圧力と前記排気通路内の圧力との差圧を導出するステップと、設定されたＥＧＲ量が得られるような前記吸気制御弁の開弁時期を導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づいて設定するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に応じて燃焼室内に導かれる排気ガスが、エンジンの運転状態に基づいて設定される燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量となるように、吸気制御弁の開弁時期が設定される。
【００１４】
本発明の第２の形態によるＥＧＲ制御方法において、エンジンの運転状態がＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定するステップと、エンジンの運転状態がＥＧＲ運転領域にあると判定した場合、排気ガスの一部が吸気通路内に導かれるように、ＥＧＲ制御弁の開閉動作を制御するステップとをさらに具えることができる。
【００１５】
排気弁の閉弁前に吸気弁が開弁するように、吸気弁の開弁直後まで排気弁の閉弁時期を遅らせるステップと、吸気制御弁を吸気弁の閉弁時期よりも遅く閉弁させるステップとをさらに具えることができる。この場合、燃焼室内に残留するガス量の減少に応じてＥＧＲ量が増大するように、吸気制御弁の開弁期間を遅く補正するステップをさらに具えることができる。燃焼室内に残留するガス量は、排気ガス中に占める酸素濃度や、エンジンの運転状態に基づいて予め設定されたマップから導出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＥＧＲ制御装置によると、燃焼室内の圧力を導出する筒内圧導出手段と、排気通路内の圧力を導出する排気圧導出手段とを具え、導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づき、ＥＧＲ量設定部にて設定されたＥＧＲ量が得られるような吸気制御弁の開弁時期を設定する開弁時期設定部を制御手段が有するので、設定されたＥＧＲ量に対し、吸気制御弁の開弁時期を吸気弁の開弁時期よりも遅くした場合であっても、吸気制御弁の開弁時期の遅れに伴う燃焼室内の負圧の増大による影響を見込んで正確なＥＧＲ制御を行うことができる。
【００１７】
排気弁の閉弁前に吸気弁が開弁するように、これら吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構をさらに具え、吸気制御弁の閉弁時期を吸気弁の閉弁時期よりも遅く設定した場合、燃焼室内に残留するガス量を最小限に抑えることができる。
【００１８】
排気ガス中に占める酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段をさらに具え、開弁時期設定部にて設定された吸気制御弁の開弁時期をこの酸素濃度検出手段からの検出信号に応じて補正する開弁時期補正手段を制御手段がさらに有する場合、燃焼室に残留するガスによる影響を最小限に抑えてより正確なＥＧＲ制御が可能となる。
【００１９】
本発明のＥＧＲ制御方法によると、エンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に還流すべきＥＧＲ量を設定する一方、燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧を導出し、導出された燃焼室内の圧力と排気通路内の圧力との差圧に基づき、設定されたＥＧＲ量が得られる吸気制御弁の開弁時期を設定するようにしたので、吸気制御弁の開弁時期を吸気弁の開弁時期よりも遅くした場合であっても、燃焼室内の負圧の増大による影響を見込んで正確なＥＧＲ制御を行うことができる。
【００２０】
燃焼室内に残留するガス量の減少に応じて吸気制御弁の開弁期間を遅く補正した場合、燃焼室に残留するガスによる影響を最小限に抑えてより正確なＥＧＲ制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明によるＥＧＲ制御装置をディーゼルエンジンに応用した一実施形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２２】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける燃焼制御に関するブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる型式のものであり、排気通路１３内を流れる排気ガスの一部を吸気通路１４内に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置１５が組み込まれている。このＥＧＲ装置１５は、排気管１６によって画成される排気通路１３に一端が連通すると共に他端が吸気管１７によって画成される吸気通路１４内に連通するＥＧＲ通路１８を画成するＥＧＲ管１９と、このＥＧＲ管１９に設けられてＥＧＲ通路１８内を流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁２０とを具えている。ＥＧＲ制御弁２０は、このエンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にある場合、その開度が車両の運転状態に応じて制御装置２１によって制御され、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路１８を塞ぐように閉じた状態に保持される。
【００２３】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート２２および排気ポート２３が形成されたシリンダヘッド２４には、吸気ポート２２を開閉する吸気弁２５および排気ポート２３を開閉する排気弁２６を含む動弁機構２７と、これら吸気弁２５および排気弁２６に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構２７は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁２５および排気弁２６の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。
【００２４】
吸気ポート２２に連通するようにシリンダヘッド２４に連結されて吸気ポート２２と共に吸気通路１４を画成する吸気管１７の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１４に導くためのエアクリーナ２８が設けられている。上述したＥＧＲ管１９の他端は、吸気弁２５と吸気管１７の途中に形成されたサージタンク２９との間の吸気管１７に接続しており、この接続部分とサージタンク２９との間の吸気管１７の途中には、吸気弁２５の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ３０により吸気通路１４を開閉し得る吸気制御弁３１が組み込まれている。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート２２をそれぞれ有する場合、吸気制御弁３１を各吸気ポート２２毎に独立して設け、各吸気ポート２２を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁３１を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁３１およびそのアクチュエータ３０は、吸気弁２５の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁３１が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
【００２５】
本実施形態における吸気制御弁３１は、車両の運転状態に基づき、例えばエンジン１０の低回転高負荷運転領域では吸気弁２５の開弁時期ＣＯよりも遅く開弁し、そして吸気弁２５の閉弁時期に合わせて閉弁する一方、それ以外の運転領域では吸気弁２５の開閉動作に拘らず、基本的に常時全開状態となるように制御装置２１からの指令に基づき、アクチュエータ３０によってその開閉状態が制御される。この結果、エンジン１０の低回転高負荷運転領域ではエンジン１０の吸気行程の途中まで負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁３１よりも上流側に位置する吸気通路１４内の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１２内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁３１を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁３１よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。なお、このような吸気制御弁３１に関する基本的な技術は、２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。
【００２６】
本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油を圧縮行程の終了直前、つまりピストン３２の圧縮上死点直前にのみ燃焼室１２内に噴射する単噴射型式のものであるが、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程において上述した吸気制御弁３１の開弁前にも噴射する多噴射型式のものを採用することも可能である。
【００２７】
排気ポート２３に連通するようにシリンダヘッド２４に連結されて排気ポート２３と共に排気通路１３を画成する排気管１６の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する触媒３３が組み込まれている。この触媒３３として、ディーゼルエンジンにおいて一般的な酸化触媒のみならず、ＤＰＲ(Diesel Particulate active Reduction system)やＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOＸ Reduction System)などに用いられるＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)を採用することも可能である。従って、この触媒３３に代えてＤＰＲやＤＰＮＲなどを組み込むことができる。なお、上述したＥＧＲ管１９の一端は、この触媒３３よりも上流側で排気管１６に接続している。
【００２８】
従って、ＥＧＲ管１９を介して吸気管１７内に還流される排気ガスと共にエアクリーナ２８を通って吸気管１７から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン３２の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒３３を通って排気管１６から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ２によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼による窒素酸化物の生成が抑制されることとなる。
【００２９】
本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置２１が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期や、ＥＧＲ制御弁２０の開度ならびに吸気制御弁３１の作動を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３４の踏み込み量を検出してこれを制御装置２１に出力するアクセル開度センサ３５を具えている。また、吸気弁２５と吸気制御弁３１との間の吸気通路１４の途中には、この吸気通路１４内の吸気圧を検出してこれを制御装置２１に出力する吸気圧センサ３６が取り付けられている。なお、吸気管１７に対する吸気圧センサ３６の取り付け位置は、吸気制御弁３１の取り付け位置よりも下流側であればよく、図１の如き位置に限定されるものではない。また、シリンダヘッド２４には燃焼室１２内の圧力（以下、これを筒内圧と呼称する）ＰＣを検出する筒内圧センサ３７が組み込まれ、ピストン３２が往復動するシリンダブロック３８には、連接棒３９を介してピストン３２が連結されるクランク軸４０の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置２１に出力するクランク角センサ４１が取り付けられている。さらに、排気管１６には触媒３３よりも上流側の排気通路１３内の排気圧ＰＥ，酸素濃度をそれぞれ検出してこれらを制御装置２１に出力する排気圧センサ４２，Ｏ２センサ４３が設けられている。制御装置２１は、これらセンサ３５〜３７，４１〜４３などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，ＥＧＲ制御弁２０およびアクチュエータ３０などの作動を制御するようになっている。
【００３０】
なお、筒内圧ＰＣを導出する本発明の筒内圧導出手段としての筒内圧セン３７に代え、吸気通路１４内の吸気温や、吸気圧センサ３６，吸気温およびクランク角センサ４１からの検出信号に基づき、演算処理によって筒内圧ＰＣを算出することも可能である。また、排気ガス中に占める酸素濃度を検出する本発明の酸素濃度検出手段としてのＯ２センサ４３に代え、周知の空燃比センサなどを用いることも可能である。
【００３１】
本実施形態における制御装置２１は、アクセル開度センサ３５からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を算出する燃料噴射量設定部４４と、この燃料噴射量設定部４４にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定部４５と、エンジン１０の運転状態に基づいて燃焼室１２内に還流すべきＥＧＲ量を設定するＥＧＲ量設定部４６と、筒内圧ＰＣと排気通路１３内の圧力ＰＥとの差圧に基づき、ＥＧＲ量設定部４６にて設定されたＥＧＲ量が得られるような吸気制御弁３１の開弁時期を設定する開弁時期設定部４７と、この開弁時期設定部４７にて設定された吸気制御弁３１の開弁時期をＯ２センサ４３からの検出信号に応じて補正する開弁時期補正部４８とを有する。
【００３２】
上述した燃料噴射量設定部４４は、周知のようにエンジン回転数などに応じてあらかじめ設定された燃料の噴射量に関する図示しないマップを有している。燃料噴射量は、エンジン負荷と同義であるので、燃料噴射量の算出に代えてエンジン負荷を算出するようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態における噴射時期設定部４５は、ピストン３２の圧縮上死点近傍にて燃料の噴射が完了するように、燃料噴射量設定部４４にて算出される燃料噴射量に応じた噴射開始時期を設定するものであるが、前述したように複数回に分けて吸気行程や圧縮行程などで燃料を噴射する型式のものであってもよい。
【００３４】
ＥＧＲ量設定部４６は、エンジン回転数とエンジン１０の駆動トルクとＥＧＲ量とを関連付けた図３および図４に示す如きマップを有している。エンジン１０の駆動トルクは、燃料噴射量に対応しているので、燃料噴射量設定部４４から読み出される燃料噴射量と、クランク角センサ３７からの検出信号によって算出されるエンジン回転数とに基づき、図３のマップからエンジン１０がＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定し、エンジン１０がＥＧＲ運転領域にあると判断した場合、図４のマップからＥＧＲ量を読み出す。
【００３５】
吸気行程にて吸気制御弁３１を閉弁状態に保持し、吸気弁２５の開閉タイミングに合わせてＥＧＲ制御弁２０の開閉を行った場合、排気通路１３内の圧力と吸気制御弁３１よりも下流側の吸気通路１４内の圧力との差圧に応じて排気ガスが吸気通路１４を介して燃焼室１２内に導かれることとなる。すなわち、クランク角位相と排気圧センサ４２および筒内圧センサ３７によってそれぞれ検出される排気圧ＰＥおよび筒内圧ＰＣとの関係を図５に示す。従って、図５中、斜線で示す領域の積分値がＥＧＲ量となることが理解されよう。上述した開弁時期設定部４７は、ＥＧＲ量設定部４６にて設定されたＥＧＲ量となるような図５に示すクランク角位相を吸気制御弁３１の開弁時期として設定する。
【００３６】
動弁機構２７が排気弁２６の閉弁前に吸気弁２５が開弁するように、いわゆるオーバーラップ期間を設定した場合、燃焼室１２内に残留する排気ガスの量をさらに少なくすることができる。つまり、吸気制御弁３１の閉弁時期を吸気弁２５の閉弁時期よりも遅く設定すると、吸気弁２５の閉弁後に吸気弁２５と吸気制御弁３１との間の吸気通路１４に空気が充填されることとなる。このため、次の吸気行程における吸気弁２５の開弁時に吸気制御弁３１が閉じた状態となっていても、吸気弁２５と吸気制御弁３１との間の吸気通路１４に充填された空気を燃焼室１２に導いて燃焼室１２内に残留する排気ガスを排気通路１３内に押し出すことができる。この点において、機械式またはターボ式過給装置などを搭載したエンジン１０は、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内を正圧に保持することができるため、特に都合がよい。
【００３７】
このように、動弁機構２７にて排気弁２６と吸気弁２５とのオーバーラップ期間を設定した場合、燃焼室１２内に残留する排気ガスの量をさらに少なくすることができるため、より正確なＥＧＲ制御を行うことが必要となる。すなわち、吸気制御弁３１の閉弁時期を吸気弁２５の閉弁時期よりも遅く設定した場合の燃焼室１２内に残留する排気ガスの量を図６に模式的に示す。これは、クランク角位相ＣＯにて吸気弁２５が閉弁した場合、吸気制御弁３１の閉弁時期に応じた残留ガス量の変化を示しており、吸気制御弁３１の閉弁時期を遅らせるほど残留ガス量の減少を見込めることが理解されよう。また、この時の排気通路１３内の酸素濃度の変化を図７に示す。この図７から、吸気制御弁３１の閉弁時期を遅らせるに従い、排気通路１３内の酸素濃度が上昇するため、ＥＧＲ量を設定する場合、この排気通路１３内の酸素濃度の上昇を考慮する必要がある。
【００３８】
上述した開弁時期補正部４８は、Ｏ２センサ４３からの検出信号に基づき、吸気制御弁３１の閉弁時期の遅延に応じた排気ガス中の酸素濃度の変化に対応したＥＧＲ量となるように、開弁時期設定部４７にて設定された開弁時期を遅らせるものである。
【００３９】
このような本発明によるＥＧＲ制御方法の他の実施形態による制御手順は、図８に示すフローチャートに従って行われる。すなわち、まずＳ１１のステップにてエンジン１０の運転状態がＥＧＲ運転領域にあるか否かを判定する。ここで、エンジン１０の運転状態がＥＧＲ運転領域外にある、すなわちＥＧＲ制御が不要な運転状態であると判断した場合には、本発明の対象とするＥＧＲ制御を行わずにこの制御を終了する。
【００４０】
しかしながら、Ｓ１１のステップにてエンジン１０の運転状態がＥＧＲ運転領域にあると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して図４に示すマップからＥＧＲ量を求める。次に、Ｓ１３のステップにて排気弁２６と吸気弁２５とのオーバーラップ期間が設定されているか否かを判定し、ここで排気弁２６と吸気弁２５とのオーバーラップ期間が設定されていないと判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行して筒内圧ＰＣと排気圧ＰＥとの差圧に応じたＥＧＲ量を積算し、Ｓ１５のステップにてこれがＳ１２のステップにて設定されたＥＧＲ量となるようなクランク角位相を吸気制御弁３１の開弁時期として設定する。
【００４１】
このように、吸気制御弁３１の開弁時期を吸気弁２５の開弁時期ＣＯよりも遅くした場合であっても、吸気制御弁３１の開弁時期の遅れに伴う燃焼室１２内の負圧の増大による影響を見込んで正確なＥＧＲ制御を行うことが可能である。
【００４２】
一方、Ｓ１３のステップにて排気弁２６と吸気弁２５とのオーバーラップ期間が設定されていると判定した場合には、Ｓ１６のステップに移行して燃焼室１２内の残留ガス量が少なくなるように、吸気制御弁３１の閉弁時期を吸気弁２５の閉弁時期よりも遅く設定し、これに伴う排気通路１３内の酸素濃度の増大に応じたＥＧＲ量の増大補正をＳ１７のステップにて行う。しかる後、Ｓ１４のステップに移行して筒内圧ＰＣと排気圧ＰＥとの差圧に応じたＥＧＲ量を積算し、Ｓ１５のステップにてこれが補正されたＥＧＲ量となるようなクランク角位相を吸気制御弁３１の開弁時期として設定する。
【００４３】
このように、動弁機構２７を制御して排気弁２６と吸気弁２５とのオーバーラップ期間を設定した場合、燃焼室１２内に導入されるＥＧＲ量が多くなるように吸気制御弁３１の開弁時期を先の実施形態よりも遅くする一方、その閉弁時期を吸気弁２５の閉弁時期よりも遅く設定して燃焼室１２内の残留ガスの量を低減させることにより、より正確なＥＧＲ制御を行うことが可能となる。
【００４４】
上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効であり、上述したディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明をディーゼルエンジンに応用した一実施形態のシステム概念図である。
【図２】図１に示したディーゼルエンジンの制御ブロック図である。
【図３】エンジン回転数と駆動トルクとＥＧＲ運転領域との関係を表すグラフである。
【図４】エンジン回転数と駆動トルクとＥＧＲ量との関係を模式的に表す等高線マップである。
【図５】クランク角位相と筒内圧および排気圧との関係を表すグラフである。
【図６】吸気制御弁の閉弁時期と残留ガス量との関係を表すグラフである。
【図７】吸気制御弁の閉弁時期と排気ガス中の酸素濃度との関係を表すグラフである。
【図８】図１に示した実施形態におけるＥＧＲ制御の手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  排気通路
１４  吸気通路
１５  排気ガス還流（ＥＧＲ）装置
１６  排気管
１７  吸気管
１８  ＥＧＲ通路
１９  ＥＧＲ管
２０  ＥＧＲ制御弁
２１  制御装置
２２  吸気ポート
２３  排気ポート
２４  シリンダヘッド
２５  吸気弁
２６  排気弁
２７  動弁機構
２８  エアクリーナ
２９  サージタンク
３０  アクチュエータ
３１  吸気制御弁
３２  ピストン
３３  触媒
３４  アクセルペダル
３５  アクセル開度センサ
３６  吸気圧センサ
３７  筒内圧センサ
３８  シリンダブロック
３９  連接棒
４０  クランク軸
４１  クランク角センサ
４２  排気圧センサ
４３  Ｏ２センサ
４４  燃料噴射量設定部
４５  噴射時期設定部
４６  ＥＧＲ量設定部
４７  開弁時期設定部
４８  開弁時期補正部
ＰＣ   筒内圧
ＰＥ   排気圧
ＣＯ   吸気弁の開弁時期
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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